城市道路平面交叉口設計研究

韋姍姍，葉云龍，劉健鋒

（廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

隨著汽車保有量的不斷增長，我國各地道路交通流量日益增大，交通擁堵現(xiàn)象愈發(fā)嚴重。城市道路網(wǎng)暢通無阻是確保城市發(fā)展的基礎，保持良好的交通秩序是現(xiàn)代城市交通發(fā)展中要解決的首要問題[1]。不同規(guī)模的城市，其道路網(wǎng)的交叉口不盡相同。交叉口作為不同道路的交匯點，可以改變車輛行駛的方向，提高城市道路交通的靈活性，是城市道路系統(tǒng)的重要組成部分。因此，交叉口的設計是否合理，直接關(guān)系到車輛行駛的通暢度和安全性[2]。許多城市的道路交叉口在設計之初，未能準確估算未來的交通流量，使交叉口在實際運行過程中出現(xiàn)諸如布局不合理、道路偏窄、功能不全等問題，造成交叉口擁堵現(xiàn)象，同時給交通運行埋下安全隱患[3]。為了保證交叉口的暢行與安全，這就要求相關(guān)部門結(jié)合實際狀況，客觀分析當前道路交叉口的特點，優(yōu)化設計參數(shù)，制訂切實可行的改造設計方案，從而保證道路平面交叉口設計的合理性，提高道路的通行能力和安全性。

1 城市道路平面交叉口類型

城市道路平面交叉口的交通特性有別于其他路段，它是解決交通擁堵的關(guān)鍵節(jié)點，因此只有深入研究城市道路平面交叉口的交通特性，才能提出合理的設計方法。

平面交叉口是指2條或2條以上道路在同一平面相交的地方，與單條道路交通特性有明顯區(qū)別。在城市的不同區(qū)域，每條道路都采用了不同的連接方式，主要以網(wǎng)狀形式分布[4]。平面交叉口按照道路相交的種類、形式、形狀、數(shù)量和交通組織方式可分為多種類型，例如快-支交叉口、主-主交叉口、“十”字形、“Y”形、“T”形、四路、多路、有信號燈、無信號燈和環(huán)形交叉口等[5]。

每種類型的交叉口的適用性各不相同，因此在選擇交叉口的形式時，需要對交通組成、相交道路的條數(shù)、設計小時交通量、自然條件、經(jīng)濟性和技術(shù)性等方面進行綜合的評價分析，從而確定最優(yōu)的平面交叉口設計方案[6]。

2 城市道路環(huán)形交叉口改造設計方案

2.1 案例概況

本項目位于福建省福州市中心城區(qū)內(nèi)，兩條主干路平面交叉口為環(huán)形交叉口，半徑為20 m，道路寬40 m，雙向四車道。由于相交道路等級高、車道多，車輛均通過轉(zhuǎn)盤進行交通轉(zhuǎn)向，已成為城區(qū)的交通瓶頸。根據(jù)目前城市發(fā)展情況來看，該交叉口交通混亂，需要對其進行交叉口設計改造，規(guī)范行車秩序，提高交通安全性。

2.2 環(huán)形交叉口形式分析

不同交叉口的交通問題相似，但由于每個路口的交通狀況不同，因此要具體分析交叉口的問題原因。環(huán)形交叉口，也稱為轉(zhuǎn)盤，如圖1所示。

圖1 環(huán)形交叉口示意圖

環(huán)形交叉口中心島設置在幾條相交道路的中央，運用環(huán)道的交通道路分離駛?cè)氕h(huán)形交叉口的車輛，所有車輛均按照繞中心島逆時針方向行駛，保證車輛的連續(xù)性。在繞中心島后，沿著目的路口離開。環(huán)形交叉口交通流在行駛過程為先合流、后分流，它是自行調(diào)節(jié)的渠化交通形式。作為一種平面交叉口可以對車流進行交織控制，避免因信號控制引起停車延誤。環(huán)形交叉口誕生于18世紀末，經(jīng)歷了不同形式的演變，分為傳統(tǒng)環(huán)形交叉口、現(xiàn)代環(huán)形交叉口、有信號控制環(huán)形交叉口3個階段[7]。

傳統(tǒng)環(huán)形交叉口是基于交織理論進行設計的，它沒有明確入環(huán)車輛與繞環(huán)車輛優(yōu)先通行權(quán)，在交通流量一定的情況下，由于車輛是繞環(huán)島交織單向行駛，交叉點減少，就能減少相交車輛的沖突次數(shù)，提高車輛行駛安全性。同時，由于沒有信號燈系統(tǒng)，因此減少了交通延誤。但是，當交通流量上升時，受最大交織流量的影響，會出現(xiàn)交織頻繁現(xiàn)象，嚴重時會發(fā)生交叉口“鎖死”現(xiàn)象，通行能力下降，發(fā)生交通事故的概率增大，交通通行安全性降低。

現(xiàn)代環(huán)形交叉口是在傳統(tǒng)環(huán)形交叉口的基礎上，對其設計原理進行改進，提出了小直徑、入口讓行、入環(huán)車輛偏移及出入口間設置隔離島的設計方案。現(xiàn)代環(huán)形交叉口能夠有效控制城區(qū)內(nèi)車輛的行駛速度，降低汽車噪聲環(huán)境污染；同時，行人通過環(huán)形交叉口時，只需要在渠化島上等待，待條件允許即可安全通過。

有信號控制環(huán)形交叉口采用信號燈控制不同方向的交通流，消除無信號控制環(huán)交的弊端，從時間上分離可能產(chǎn)生交通阻塞的車流，使入環(huán)車輛和環(huán)道車輛有秩序地通過交叉口，減少交通擁擠與阻塞現(xiàn)象，提高交通運行效率。20世紀初期，英國首先采取有信號控制環(huán)形交叉口，后來其他國家對信號控制環(huán)形交叉口開展了進一步研究，根據(jù)環(huán)形交叉口的交通需求、幾何特征、交通組織等，將信號控制形式分為左轉(zhuǎn)單獨控制、左轉(zhuǎn)一次控制、左轉(zhuǎn)二次控制[8]。

總之，雖然環(huán)形交叉口的設計在不斷的發(fā)展，但是它不是真正意義上的畸形交叉口，總交通量不宜過大，只適用于左轉(zhuǎn)交通量較大的路口，因此具有顯著的局限性，不利于城市未來交通發(fā)展。

2.3 改造現(xiàn)狀分析

本案例中的環(huán)形交叉口屬于傳統(tǒng)交叉口，存在的主要問題有以下幾點：①環(huán)島的半徑較小，僅有20m，并且設計速度慢。當環(huán)島運行的車輛較多時，通行能力就會降低。②環(huán)形交叉口的幾何設計不滿足要求，環(huán)島交織段短，車輛互相穿插，行駛混亂，降低了車輛行駛速度。③環(huán)形交叉口無燈控，交通配套設施缺乏，行駛車輛達到一定數(shù)量后，交通擁堵現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。④交叉口標志標線設置不完善，交織區(qū)的非機動車和機動車常常混合行駛，增加了車輛碰撞擁堵的沖突點。

2.4 改造設計目標

交叉口改造的目的是通過工程和管理等手段解決交通安全和交通擁堵問題，不同交叉口的現(xiàn)實需求不同，因此要分析總結(jié)完整的設計流程，形成科學的設計方案。本次改造設計要明確問題的產(chǎn)生原因和存在的主要矛盾，針對具體情況對交叉口進行優(yōu)化，把握方案優(yōu)化的方向，實現(xiàn)車輛在交叉口運行高效、便捷、安全的目標。由于環(huán)形交叉口由進出口道和內(nèi)部交叉道組成，駛?cè)脒M口道的車輛要觀察行進方向的分流情況，在實際情況中會干擾交通。同時，在駛出出口時，會出現(xiàn)車輛插隊的情況，從而在出口合流處造成交通干擾；道路越多，沖突點就越多。因此，方案設計最終要能合理利用空間，提升道路流通性，使車輛以最安全的方式通行。

2.5 改造設計方案

在明確環(huán)形交叉口出現(xiàn)問題的原因后，結(jié)合改造目標，設計合理的改造方案。方案一：將平面環(huán)形交叉口改成復雜的多層立交，并增設信號燈控制。方案二：在保持目前環(huán)形交叉口基本形式的基礎上，增大環(huán)島半徑，提升交織段長度，滿足交通量需求，并對環(huán)形交叉口增設信號燈，完善交通標志標線，調(diào)整其交通組織形式，運用二次停車多相位的方案，使進入環(huán)島的左轉(zhuǎn)車等待二次信號燈，避免環(huán)島內(nèi)不同方向車輛的運行沖突，起到分配路權(quán)、規(guī)范車流的作用。方案三：拆除環(huán)島，將其改造為普通的“十”字形的燈控平面交叉口，增加交叉口渠化的車道數(shù)，實行多相位信號控制，進行平面交叉口的控制。

針對該交叉口，優(yōu)先解決最突出的問題，綜合考慮現(xiàn)狀和遠期規(guī)劃后進行方案比選。選用方案一，進行立體交叉口改造，會對城市用地、交通組織、景觀等方面帶來較大影響，不符合近期改造的現(xiàn)實情況。因此，提出還是保留平面交叉改造的思路，預留遠期建設跨線高架橋及定向匝道。選用方案二，由于兩條道路交織點均位于圓環(huán)的西南角，同時兩條道路交通等級不同，因此不利于各自車輛進圓環(huán)通行。選用方案三，拆除環(huán)島，對其進行“十”字形的平面交叉口改造，按常規(guī)渠化拓寬方式、設置信號燈系統(tǒng)和交通標志標線是比較合理的改造方案。為進一步驗證方案三的適用性，從多個方面對方案二和方案三進行了對比，具體見表1。

表1 方案二和方案三對比

2.6 通行能力計算

“十”字形交叉口的設計通行能力為各車道設計通行能力之和。參考《城市道路工程設計規(guī)范》（CJJ 37—2012），使用停止線法計算“十”字形交叉口通行能力。

（1）直行車道設計通行能力按照公式（1）計算：

式（1）中：Ns為直行車道設計通行能力；ψs為直行車道通行能力折減系數(shù)，選取0.8；tg為綠燈時間；t1為綠燈后第一輛車通過需要的時間，取值2.5；為直行或右行車輛通過的平均間隔時間；tis為信號周期。

（2）本面進口道的設計通行能力按照公式（2）計算：

式（2）中：Nelr為本面進口道的設計通行能力；∑Ns為本面直行車道設計通行能力之和；βl為左轉(zhuǎn)車占本面進口道車輛的比例，選取20%；βr為右轉(zhuǎn)車占本面進口道車輛的比例，選取20%。

（3）左轉(zhuǎn)車道設計通行能力按照公式（3）計算：

式（3）中：Nl為左轉(zhuǎn)車道的設計通行能力。

（4）右轉(zhuǎn)車道設計通行能力按照公式（4）計算：

式（4）中：Nr為右轉(zhuǎn)車道的設計通行能力。

根據(jù)信號周期時間和左、右轉(zhuǎn)彎車數(shù)量占比，可以計算出各車道通行能力。

2.7 效果分析

經(jīng)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)：改造前，在上下班高峰時段，環(huán)島周圍的車輛排隊等候非常多，嚴重影響交叉口的交通能力。同時，機動車、非機動車和行人頻繁地發(fā)生交織轉(zhuǎn)換，不能滿足使用需求。改造后，“十”字形交叉口通行能力大幅提高，各車道符合實際的交通量。同時，通過控制信號燈和導流島的渠化，使交通綜合服務水平得到大幅的提升。

3 結(jié)論

道路平面交叉口作為城市交通的咽喉，是提升相交兩條或多條道路通行效率的關(guān)鍵節(jié)點。隨著交通規(guī)模的不斷擴大，道路平面交叉設計不合理必然導致交通堵塞、事故頻發(fā)等問題，影響整條道路的服務水平。因此，針對城市道路平面交叉口的實際情況，做好平面交叉口設計尤為重要。分析福建省福州市中心城區(qū)的某環(huán)形交叉口改造設計案例得知，該環(huán)形交叉口改造前期已經(jīng)無法滿足實際交通流量需求，通過對比3種設計方案，最終選取將原有的環(huán)形交叉口改為有信號燈控制的“十”字平面交叉口方案。對改造之后的實際情況進行實地調(diào)查，該交叉口通行能力大幅提高，有效地解決了交通堵塞、事故頻發(fā)的問題，此次改造設計值得同類項目參考。